科學(xué)計算可視化技術(shù)研究及對流體動態(tài)模擬的應(yīng)用.pdf

1、本文主要研究與探討了科學(xué)計算可視化中的網(wǎng)格細分、體繪制方法以及Irevel Set方法等項技術(shù)，同時把研究結(jié)果用于對三維流體動態(tài)行為的模擬。初步建立起一個對流體進行三維可視化模擬的軟件核心框架。為此，本文主要創(chuàng)新點和貢獻可歸納為以下五個方面： 提出一種可適性動態(tài)三維格點細分方法：通過分析現(xiàn)有相關(guān)網(wǎng)格細分方法獲得啟示，為克服其向三維擴展的困難，提出了一種自適應(yīng)動態(tài)網(wǎng)格細分規(guī)則和方法。同時，在設(shè)計對格元體劃分及處理的過程中，將格元體

2、的劃分、格元體物理量的設(shè)定與計算以及自適應(yīng)細分方法統(tǒng)一封裝為一個格點處理類。本方法具有一定的普適性，可滿足二維和三維空間的網(wǎng)格細分。 體繪制方法的研究與實現(xiàn)：依據(jù)Marching Cube的基本原理，提出了一種適合于Level Set 方法下對動態(tài)三維流體進行繪制的含格元體索引結(jié)構(gòu)的MarchingCube算法，同時還提出了一種四面體劃分結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)用于對Level Set等值面的繪制上。 對N-S方程離散和計算機實

3、現(xiàn)方法的研究：基于helmholtz-Hodge關(guān)于矢量場的分解理論以及Jos Stam的穩(wěn)恒流場理論，采用Foster和Matexas對N-S方程的離散方法對動態(tài)三維流場進行計算。設(shè)計了整個計算流程，并得以實現(xiàn)。為此，增加了程序?qū)崿F(xiàn)的可讀性、提供了一種可供并行處理三維流場的方法，獲得了穩(wěn)定與可靠的計算結(jié)果。 建立了一個能適應(yīng)多種要求的核心架構(gòu)：建立了Level Set方法處理三維動態(tài)自由表面流場的流程。實現(xiàn)了一個Level S

4、et方法下的三維流體可視化平臺的核心框架。在該框架的設(shè)計與實現(xiàn)過程中，依據(jù)軟件工程觀點，充分考慮了面向?qū)ο笾械拈_放一封閉原則、接口隔離原則和穩(wěn)定抽象原則，使得本系統(tǒng)框架具有良好的可靠性、通用性、可擴展性。 對流體現(xiàn)象進行了三維可視化動態(tài)模擬：本論文以處理一般自由表面流體運動三維可視化模擬平臺的核心構(gòu)架為基礎(chǔ)，分別對自由表面流體運動的基本形態(tài)、潰壩模型及其相關(guān)現(xiàn)象、小球與水體表面的相互作用情況進行了計算和三維可視化動態(tài)模擬，取得良